一種載鑭活性氧化鋁除氟吸附劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及除氟吸附劑及其制備方法，特別涉及一種有效去除水中氟的載鑭活性氧化鋁除氟吸附劑及其制備方法。
技術背景
[0002]地下水中過量的氟(>1.5mg/L)會對人體造成明顯的損害，長期飲用能導致氟斑牙和氟骨病的產(chǎn)生。世界范圍內(nèi)約有2億人飲用的水超過了世界衛(wèi)生組織規(guī)定的標準。我國的生活飲用水衛(wèi)生標準(GB5749-2006)明確規(guī)定飲用水中的氟含量不能超過lmg/L。目前我國山西、內(nèi)蒙、吉林等地有大量地區(qū)地下水中氟含量嚴重超標。如何有效去除地下水中的氟是亟待解決的問題。
[0003]目前去除水中氟的方法包括化學沉淀法、電化學法、膜處理法以及吸附法。其中，使用化學沉淀法去除地下水中的氟存在投加沉淀劑困難和容易造成二次污染等問題；使用電化學法和膜處理法成本高昂，不易在含氟量高的農(nóng)村等地區(qū)使用。吸附法是目前應用范圍最廣的除氟方法，其使用方法簡易，成本低廉。目前使用最多的吸附劑是活性氧化鋁。使用活性氧化鋁吸附水中的氟被美國環(huán)保局認為是除氟最好的技術?；钚匝趸X對水體PH值依賴較高，在低PH條件下容易吸附氟，在高pH條件下除氟效率很低。但實際高氟水往往堿性較高，因此活性氧化鋁對實際地下水中氟的去除效率并不高。此外，使用活性氧化鋁去除地下水中的氟容易造成鋁的泄露，對人體造成一定的危害。
[0004]針對活性氧化鋁的這一問題，有較多的研究對其進行改性從而提高其除氟效率。其中使用鑭改性制備負載鑭的活性氧化鋁已經(jīng)被證明為行之有效的方法。已有的方法僅對實驗室制備的活性氧化鋁進行負載，并沒有形成對活性氧化鋁的包裹，因此在除氟過程中無法抑制鋁的泄露。目前對活性氧化鋁，尤其是商用的顆粒活性氧化鋁直接負載鑭尚無研究報道。
[0005]本發(fā)明采用浸潰-超聲-燒結(jié)的方法，對商用顆?；钚匝趸X進行鑭的多次負載，使用鑭負載后的活性氧化鋁吸附水中的氟。實驗表明，鑭氧化物以花朵狀結(jié)構(gòu)覆蓋在活性氧化鋁的表面，這種新材料對氟的吸附容量相比活性氧化鋁大幅提高，適用的PH范圍更廣。另外，鑭的負載有效抑制了鋁的濾出，使得處理后的水更適宜飲用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，本申請的發(fā)明人進行了反復的深入研究，從而完成本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種有效去除水中氟的載鑭活性氧化鋁除氟吸附劑及其制備方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，一種載鑭活性氧化鋁除氟吸附劑，其特征在于，氧化鑭以花朵狀微/納米結(jié)構(gòu)分布在活性氧化鋁表面。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，一種載鑭活性氧化鋁除氟吸附劑的制備方法，其特征在于:該方法包括:以顆?；钚匝趸X作為載體，使用硝酸鑭溶液浸潰的方法，通過超聲與燒結(jié)過程，得到載鑭活性氧化鋁顆粒。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，該吸附劑載體活性氧化鋁的預處理方法為:使用去離子水沖洗活性氧化鋁，沖洗至電導率低于100μ S/m后，烘干。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，所述烘干溫度為55°C。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，該吸附劑鑭負載方法為:將活性氧化鋁浸潰于1mL0.9mol/L的硝酸鑭溶液中，溶液pH為6.0，超聲4小時，55°C下烘干。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，該吸附劑燒結(jié)溫度為300°C，燒結(jié)時間為4小時。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，該吸附劑的鑭負載次數(shù)為5次。
[0014]本發(fā)明載鑭活性氧化鋁吸附水中的氟，其吸附容量較活性氧化鋁有大幅提高，適用PH范圍廣，并且可抑制鋁的濾出。本發(fā)明制備的載鑭活性氧化鋁含鑭19.2%，粒徑在
1-3mm,成本低廉,可以直接應用至工業(yè)中。
【附圖說明】
[0015]附圖1為本發(fā)明在不同溫度下制備的載鑭活性氧化鋁室溫下對水中氟(初始含量10mg/L, pH=7)的去除效果。由圖中可以看出，在300°C進行燒結(jié)，有利于對水中氟的去除。
[0016]附圖2為本發(fā)明在不同負載次數(shù)下制備的載鑭活性氧化鋁室溫下對水中氟(初始含量10mg/L)的去除效果。由圖中可以看出，負載次數(shù)達到5次之后，載鑭活性氧化鋁對水中氟的去除率達到飽和，說明負載次數(shù)5次已經(jīng)足夠。
[0017]附圖3為購買的活性氧化鋁與本發(fā)明制備的載鑭活性氧化鋁半球內(nèi)部的掃描電鏡圖片。從圖中可以看出，大量花朵狀的微/納米結(jié)構(gòu)覆蓋在了活性氧化鋁的表面。
[0018]附圖4為本發(fā)明制備的載鑭活性氧化鋁上花朵狀微/納米結(jié)構(gòu)X射線能譜掃描圖。從圖中可以看出，花朵狀微/納米結(jié)構(gòu)主要由鑭構(gòu)成，進一步說明了花朵狀微/納米結(jié)構(gòu)的組成物質(zhì)是鑭氧化物。
[0019]附圖5為本發(fā)明制備的載鑭活性氧化鋁與購買的活性氧化鋁對水中氟的吸附容量的比較。從圖中可以看出，與活性氧化鋁相比，載鑭活性氧化鋁吸附氟容量提高了將近6倍。
[0020]附圖6為本發(fā)明制備的載鑭活性氧化鋁與購買的活性氧化鋁在不同pH下對水中氟的去除效果比較。從圖中可以看出，購買的活性氧化鋁在高pH條件下除氟效率大幅下降，而載鑭活性氧化鋁在較廣的PH范圍內(nèi)均能有效去除水中的氟。
[0021]附圖7為本發(fā)明制備的載鑭活性氧化鋁與購買的活性氧化鋁在不同pH下吸附水中氟時泄露鋁的情況。從圖中可以看出，活性氧化鋁上鑭的負載有效抑制了鋁的泄露，使得去除氟之后的飲用水更適宜飲用。
[0022]發(fā)明實施例
[0023]下面進一步通過實施例來闡述本發(fā)明
[0024]實施例1載鑭活性氧化鋁的制備:首先對購買的活性氧化鋁進行預處理，對其使用去離子水進行沖洗后放于55°C下烘干。準確稱取19.85g六水硝酸鑭，超聲促溶后定容至50mL，使用氨水調(diào)節(jié)pH至6.0，得到負載用的鑭溶液。將活性氧化鋁浸潰于1mL鑭溶液中，超聲4小時。之后在55°C下烘干。烘干后在不同溫度(100?10(TC)下進行燒結(jié)，待材料冷卻到室溫后，使用去離子水沖洗掉不牢固的鑭氧化物，最后，在55°C下烘干。重復以上步驟5次可得到本發(fā)明制備的載鑭活性氧化鋁。
[0025]實施例2載鑭活性氧化鋁吸附氟的性能:準確稱取0.1g載鑭活性氧化鋁,加入10mL含氟10mg/L的吸附液內(nèi)，背景液為0.0lmol/L高氯酸鈉?；靹?放入搖床中進行平衡吸附實驗。溫度25°C，pH調(diào)至所需值。吸附時間達到后將吸附液過濾0.45 μ m濾頭。使用電極法測定水中氟的濃度，使用ICP-MS測量水中鋁的濃度。
【主權項】
1.一種載鑭活性氧化鋁除氟吸附劑，其特征在于，氧化鑭以花朵狀微/納米結(jié)構(gòu)分布在活性氧化鋁表面。2.根據(jù)權利要求1所述的載鑭活性氧化鋁除氟吸附劑的制備方法，其特征在于:該方法包括:以顆?；钚匝趸X作為載體，使用硝酸鑭溶液浸潰的方法，通過超聲與燒結(jié)過程，得到載鑭活性氧化鋁顆粒。3.如權利要求2所述的一種載鑭活性氧化鋁除氟吸附劑的制備方法，其特征在于:該吸附劑載體活性氧化鋁的預處理方法為:使用去離子水沖洗活性氧化鋁，沖洗至電導率低于100 μ S/m后,烘干。4.如權利要求3所述的一種載鑭活性氧化鋁除氟吸附劑的制備方法，所述烘干溫度為55。。。5.如權利要求2或3所述的一種載鑭活性氧化鋁除氟吸附劑的制備方法，該吸附劑鑭負載方法為:將活性氧化鋁浸潰于1mL0.9mol/L的硝酸鑭溶液中，溶液pH為6.0，超聲4小時，55 °C下烘干。6.如權利要求2或3所述的一種載鑭活性氧化鋁除氟吸附劑的制備方法，該吸附劑燒結(jié)溫度為300°C，燒結(jié)時間為4小時。7.如權利要求2或3所述的一種載鑭活性氧化鋁除氟吸附劑的制備方法，，該吸附劑的鑭負載次數(shù)為5次。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種載鑭活性氧化鋁除氟吸附劑的制備方法，該方法以商用顆?；钚匝趸X作為載體，使用硝酸鑭溶液對其進行浸漬，經(jīng)過超聲和燒結(jié)步驟完成一次鑭氧化物對活性氧化鋁的負載。經(jīng)過多次負載后將其用于去除水中的氟。通過一系列實驗證明本發(fā)明制備的載鑭活性氧化鋁，大幅提升了除氟效果，適用的pH范圍更廣，并且有效抑制了吸附過程中鋁的泄露，使除氟后的飲用水更適宜飲用。
【IPC分類】C02F1/28, C02F1/58, B01J20/08, B01J20/32
【公開號】CN104923150
【申請?zhí)枴緾N201410102570
【發(fā)明人】景傳勇, 史乾濤
【申請人】中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2014年3月19日